劉 棟

中國水利水電第十一工程局有限公司（472000）

0 前言

隨著建筑市場的不斷發(fā)展與進步，傳統(tǒng)粗放式的發(fā)展模式在資源利用、機械化程度、安全性能、環(huán)境保護等方面的弊端日益凸顯。為改變這些弊端，國家開始大力推廣裝配式建筑。鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強、加工容易、施工方便等特點，符合裝配式建筑高效、快速、簡單、安全、綠色、環(huán)保的要求。BIM技術是一種新興起的建筑設計技術，以三維數(shù)字技術為基礎，具有較強的模擬性，可以利用其直觀性、可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點，通過構(gòu)筑建筑實體模型，協(xié)調(diào)多部門進行建筑的施工、管理、優(yōu)化、運營維護等工作。將BIM技術應用到裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中，可以通過BIM模型對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在設計、施工、管理過程中所存在的問題進行深化處理，從而避免在工程中造成的時間、人力、資源的浪費。

1 BIM技術概述

BIM技術可以將施工中各種信息搜集起來，并根據(jù)這些信息創(chuàng)建出一個三維模型。在裝配式建筑施工建設中，可以將BIM技術應用在整個施工過程中，能保證施工企業(yè)對工程的每個階段進行控制。目前，BIM技術在西方發(fā)達國家應用非常廣泛，我國由于起步較晚，應用還不夠成熟，相關的法律法規(guī)也不完善，因此在實際應用中，相關單位必須不斷借鑒國外的先進經(jīng)驗，結(jié)合工程實際情況合理利用BIM技術，從而提高工程質(zhì)量。BIM模型的建立需要分兩步實施。首先是建立靜態(tài)模型，根據(jù)CAD圖紙完善建筑的主體結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場及臨時設施等，包括現(xiàn)場的塔吊、模板等材料。BIM技術具有以下幾個方面的特點：

1.1 可視化

BIM技術的應用，可以結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息對其進行三維建模，有效提升數(shù)據(jù)信息的直觀性。根據(jù)三維模型，技術人員還可及時發(fā)現(xiàn)施工問題，及時制訂管理措施，從而減少后續(xù)施工問題的發(fā)生概率。

1.2 協(xié)調(diào)性

BIM技術可以避免土木工程建設過程中出現(xiàn)的各種由于溝通不及時而導致的問題，提高各個施工單位在合作過程中的施工質(zhì)量，為整個木土工程的建設提供一定的保證。

1.3 模擬性

BIM技術能對每個施工環(huán)節(jié)進行實時模擬，管理人員根據(jù)模擬情況反饋出的數(shù)據(jù)類型，制訂相關應急措施，有效降低施工問題發(fā)生概率，提高施工技術的應用效果。

1.4 可出圖

BIM技術可以對作業(yè)區(qū)域的基本信息進行采集，對所采集的相關性信息進行針對性整理，輔助設計人員更快地獲取土木工程的設計方案和施工圖紙。

2 BIM技術在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑中的應用優(yōu)勢

2.1 提升項目整體的管理水平

在建筑體系不斷成熟的背景下，建筑工程的規(guī)模也在不斷擴大。鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑最大的不同在于，裝配式建筑在施工之前會將整體結(jié)構(gòu)拆分成多個獨立單位，在施工到該環(huán)節(jié)的時候，技術人員可以將相應的結(jié)構(gòu)直接進行拼接，節(jié)省了較多的施工時間。但是建筑工程涉及的施工零件結(jié)構(gòu)非常多，為了確保各結(jié)構(gòu)零件生產(chǎn)過程的適用性，技術人員需要提前采集非常完整的資料信息。BIM技術是依托于互聯(lián)網(wǎng)技術對信息進行快速采集的技術，因此，在實際應用過程中，可以采集到非常完整的數(shù)據(jù)信息，從而有效提升項目整體的管理水平。

2.2 提高鋼結(jié)構(gòu)方案設計質(zhì)量

與大多數(shù)建筑工程一致，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑在建設過程中，需要進行項目相關內(nèi)容的設計工作。該環(huán)節(jié)屬于建筑工程開始前的初始環(huán)節(jié)，但是該環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量將直接影響到整個工程的施工效果。通常情況下，在工程正式施工之前，技術人員需要對作業(yè)區(qū)的基礎環(huán)境進行詳細調(diào)研，根據(jù)調(diào)研結(jié)果來確定具體的設計方案。BIM技術可以對現(xiàn)場作業(yè)區(qū)的基礎信息和市場信息進行準確采集，借助系統(tǒng)內(nèi)部的篩選系統(tǒng)，還可以對數(shù)據(jù)信息進行精準篩選，也可以對數(shù)據(jù)信息的潛在價值進行深入分析，從而有效提升設計方案的設計質(zhì)量，為后續(xù)工程施工奠定良好的基礎。

2.3 合理調(diào)控工程的施工成本

傳統(tǒng)建筑工程的競選模式，一般只是在小范圍內(nèi)選擇建筑企業(yè)進行施工，建筑企業(yè)可獲取的經(jīng)濟利潤非常大。隨著市場結(jié)構(gòu)的調(diào)整，招投標模式成為新的選擇方式，競爭企業(yè)也從區(qū)域競爭演變成了全國競爭，極大程度地壓縮了企業(yè)的經(jīng)濟利潤。中標企業(yè)在獲取到項目的執(zhí)行權之后，為了獲得到預期的經(jīng)濟利潤，需要在確保工程施工質(zhì)量的基礎上，找尋到可以降低成本的方法。BIM技術的應用，可以幫助企業(yè)采集到比較全面的施工數(shù)據(jù)信息，借助4D系統(tǒng)構(gòu)建基礎模型，從基礎模型中找出可以優(yōu)化的施工環(huán)節(jié)，從而有效提升建筑工程的施工效率，降低建筑工程的施工成本[1]。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑存在的問題

3.1 設計階段存在的問題

傳統(tǒng)的建筑設計主要是基于二維的CAD圖紙，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑目前主要也是以此進行結(jié)構(gòu)設計，二維的圖紙所能傳達信息是以點、線、面為主，很難準確、完整、真實地表達結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的信息，導致后期在結(jié)構(gòu)的設計、加工、生產(chǎn)等方面的任務比較繁重。二維的平面信息無法從建筑全局把控整個設計細節(jié)，建筑的各部分獨立設計，彼此之間缺少溝通，導致后期整體組裝時出現(xiàn)構(gòu)件碰撞、尺寸誤差等問題。

3.2 生產(chǎn)階段存在的問題

裝配式結(jié)構(gòu)的構(gòu)件需要根據(jù)設計要求按照圖紙信息進行預制加工，但是二維圖紙對構(gòu)件的信息有時表達不清楚，造成生產(chǎn)出來的構(gòu)件尺寸、形狀等信息與實際情況存在較大誤差，導致構(gòu)件需要返工處理或者重新制作，出現(xiàn)材料浪費、工期延誤的問題。裝配式鋼結(jié)構(gòu)所需的構(gòu)件數(shù)量、種類較多，在進行人工統(tǒng)計時工作量較大，效率較低，容易出現(xiàn)統(tǒng)計遺漏，造成構(gòu)件缺失等問題。

3.3 施工階段存在的問題

裝配式鋼結(jié)構(gòu)是由不同規(guī)格尺寸的建筑構(gòu)件拼裝而成的。在施工過程中，根據(jù)二維圖紙信息對建筑構(gòu)件進行歸類統(tǒng)計，人工效率低易出錯，建筑構(gòu)件的運送現(xiàn)場后，不能按照進度進行合理規(guī)劃放置，容易造成堆放混亂，易引起施工進度偏差，甚至會影響到施工質(zhì)量。裝配結(jié)構(gòu)在施工過程中，牽涉到建筑構(gòu)件、設備、人員的調(diào)配，傳統(tǒng)的施工方法在這些方面投入精力過多，成本控制比較困難。

4 BIM技術在裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程中的應用

文章以某裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住房工程為實例，建筑總面積為11 985.66 m2，標準設計為27層結(jié)構(gòu)，每層層高均為3 m，建筑總高度為81 m，室內(nèi)外高差450 mm，建筑縱向長度為31.2 m，橫向長度為16.2 m，本工程中裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅采用外側(cè)鋼框架與內(nèi)部核心筒所組成的混合結(jié)構(gòu)體系。在對該工程進行設計時，選擇BIM技術、Revit軟件對工程的模型進行創(chuàng)建，并通過對模型的分析進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。

4.1 構(gòu)件拆分

首先將該工程的各個結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)導入到Revit軟件中，形成一個三維立體模型。該結(jié)構(gòu)模型中主要涵蓋了界面輪廓、鋼筋信息及施工材料等內(nèi)容。然后對該模型進行局部修正，繼而對其進行構(gòu)件拆分。在拆分過程中，要在Revit中使用Dynamo對構(gòu)件進行可視化的編程，在整個結(jié)構(gòu)模型中將現(xiàn)澆構(gòu)件拆分成多個部件，再將這些部件進行組件，最終完成構(gòu)件的拆分工作。

4.2 鋼筋創(chuàng)建

要特別注意工程構(gòu)件中的鋼筋構(gòu)造要求和拆分要求，不斷完善鋼筋的布置流程，還要調(diào)用二次開發(fā)程序，對建筑工程的鋼筋參數(shù)信息不斷完善，將鋼筋材料合理地布置在預制構(gòu)件中。

在進行預制梁設計過程中，布置鋼筋時要嚴格遵循以下幾點要求：從梁跨中后澆段中斷開縱筋的過程中，后澆段甩開的長度能夠滿足套筒安裝的尺寸；在梁端方面，要選擇最大值，同時要考慮到預制梁鋼筋的加密范圍[2]。

4.3 埋件布置

在布置工程埋件時，要嚴格遵守相關的布置規(guī)則。在此工程中，需要構(gòu)建出包含埋件的內(nèi)嵌族，還要對梁柱模板中的鋼筋吊環(huán)的形狀進行優(yōu)化設計，選擇合理的布置位置。在布置預制柱上埋件時，需要建立專門的預制柱族，在預制柱的柱和墻的連接處，將鋼板的高度設為實際高度，并將所有有關聯(lián)的參數(shù)輸入到Revit軟件中，形成全局參數(shù)。

4.4 施工模擬

建筑施工是整個項目過程中最為復雜的階段，由于各種施工要素本身的不確定性，實際施工很難與施工計劃相一致。Navis-works中的Timeliner可以將三維模型數(shù)據(jù)與項目進度表相關聯(lián)，實現(xiàn)四維可視化效果，施工模擬則可以清晰地表現(xiàn)設計意圖、施工計劃與項目當前的進展狀況。BIM的施工計劃主要包括：工程項目的總體立面布置圖、時間欄信息、任務欄信息、形象圖形信息、標注名稱及工作周期。BIM模型的施工模擬以表現(xiàn)工程施工的整個流程為主，因此具有很強的針對性和說明性。在施工階段，該裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅的BIM技術應用主要包括場地布置、施工模擬。

1）場地布置。裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的施工特點是將構(gòu)件運輸至現(xiàn)場進行組裝，如何合理放置建筑構(gòu)件是施工過程的重點。使用Revit可對模擬施工現(xiàn)場進行場地布置，完成對施工區(qū)、備料區(qū)、辦公區(qū)、宿舍區(qū)的布置。塔吊是裝配式建筑施工的關鍵，在對施工區(qū)進行布置時，可對塔吊位置進行布置，對比多個方案進行優(yōu)化。

2）施工模擬。施工組裝在裝配式建筑建造過程中擔任十分重要的角色。對于裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅而言，僅應用傳統(tǒng)施工方法進行施工組裝存在弊端，可能遇到一些問題。比如消防管道反映在平面圖上時，往往存在很多交叉的地方，不能很好地反映其中的問題?？梢岳肂IM技術對現(xiàn)場進行模擬，根據(jù)實際情況，將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維的動畫，從而發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，提前優(yōu)化施工方案和結(jié)構(gòu)布局，避免在施工過程中再對方案進行修改，出現(xiàn)返工現(xiàn)象。利應用BIM技術可在Navis-works中進行三維施工模擬，如圖1所示。

圖1 Navisworks漫游模擬

5 結(jié)語

在城市經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，市政工程和建筑工程數(shù)量也在不斷增多，高層建筑已經(jīng)成為城市的主體建筑類型。這也對建筑結(jié)構(gòu)的綜合質(zhì)量提出了更多的要求。鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應用，可以有效提高建筑工程的施工效率，并且在建設過程中，有BIM技術的加入，可以有效提升鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工信息的采集效率，對加快建筑工程施工速度，促進行業(yè)經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展有著積極的意義。